Сообщение на тему:

«ЭХО, ЭХОЛОТ,

ЭХОЛОКАЦИЯ»

Работа учеников 9 В класса

Косогорова Андрея

СШ № 8 МО РФ

г. Севастополь

ЭХО (от имени нимфы Эхо в древне-греческой мифологии), волна (акустическая, элек­тромагнитная и др.), отражённая от препятствия и принятая наблюдателем. Акустическое эхо можно наблюдать, например., при отражении звукового импульса (сту­ка, короткого отрывистого крика и т. д.) от хорошо отражающих поверхностей. Эхо различимо на слух, если принятый и по­сланный импульсы разделены интерва­лом времени t 5= 50-60 мсек. Эхо ста­новится многократным, если имеется несколько отражающих поверхностей (вблизи группы зданий, в горах и т. д.), звук от которых приходит к наблюдателю в мо­менты времени, различающиеся на интер­валы t 50-60 мсек. Гармонич. эхо. возникает при рассеянии звука с широким спектром частот на препятствиях, разме­ры которых малы по сравнению с длинами волн, составляющих спектра. В помеще­нии отдельные многочисленные эхо сливаются в сплошной отзвук, называется реверберацией. Эхо может служить средством измерения расстояния от источника сигнала до отражающего объекта: г = ст/2, где т - промежуток времени между посылкой сигнала и возвращением Эхо., а с - ско­рость распространения волн в среде. На этом принципе основаны различные при­менения эхо-сигналов. Акустическое эхо при­меняется в гидролокации, а также в на­вигации, где для измерения глубины дна применяют эхолоты. Электромагнитным эхо пользуются в радиолокации; отражаясь от ионосферы, оно позволяет осущест­влять коротковолновую радиосвязь на большие расстояния и судить о свойствах ионосферы. Принцип эхо-волны начи­нает применяться и в оптическом диапазоне электромагнитных волн, генерируемых квантовым оптическим генератором. Упругие волны, распространяющиеся в земной коре, отражаясь от слоев различных гор­ных пород, образуют сейсмическое эхо., этим пользуются для поиска месторождений ископаемых. При помощи Эхо измеряется глубина буровых скважин («эхометриро-вание» скважин), высота уровня жидко­сти в баках (ультразвуковые уровнеме­ры). Эхо-методы широко применяются в ультразвуковой дефектоскопии. Аку­стическое эхо. для некоторых животных (летучих мышей, дельфинов, китов и др.)служит средством ориентировки и поиска добычи (см. Локация звуковая).

ЭХОЛОКАЦИЯ (от эхо и лат. locatio - размещение) у животных, излуче­ние и восприятие отражённых, как пра­вило, высокочастотных, звуковых сигна­лов с целью обнаружения объектов в про­странстве, а также получения информа­ции о свойствах и размерах лоцируемых целей (добычи или препятствия). Эхо- один из способов ориентации животных в пространстве. Эхо развито у летучих мышей и дельфинов, обнаружена у зем­лероек, ряда видов ластоногих (тюлени), птиц (саланганы и некоторые др.). У дельфинов и летучих мышей Эхо осно­вана на излучении ультразвуковых им­пульсов частотой до 130-200 кгц при длительности сигналов обычно от 0,2 до 4-5 мсек, иногда более. С помощью эха дельфины даже с закрытыми глазами могут находить пищу не только днем, но и ночью, определять глубину дна, близость берега, погруженые предметы. Их эхолокационные импульсы человек воспринимает как скрип двери, поворачивающейся на на ржавых петлях. Свойственна ли эхолокация усатым китам, издающим сигналы с частотой лишь до нескольких килогерц, пока не выяснено.

Звуковые волны дельфины посылают направленно. Жировая подушка, лежащая на челюстных и межчелюстных костях, и вогнутая передняя поверхность черепа действуют как звуковая линза и рефлектор: они концентрируют сигналы, излученные воздушными мешками, и в виде звукового пучка направляют их на лоцируемый объект.

У птиц, живу­щих в тёмных пещерах (гуахаро и салан­ганы), используется для ориентации в темноте; они излучают низкочастотные сигналы в 7-4 кгц. У дельфинов и лету­чих мышей, кроме общей ориентации, эхо служит для определения пространств, положения цели, размеров, а в ряде слу­чаев - и распознавания облика цели. У упомянутых млекопитающих часто слу­жит важным средством поиска и добычи объектов питания.

Лит.: Айрапетьянц Э. Ш., Кон­стантинов А. И., Эхолокация в при­роде, 2 изд., Л., 1974. Г. Н. Симкин. ЭХОЛОКАЦИЯ, один из способов зву­ковой локации, при котором расстояние до объекта определяется по времени возвра­щения эхо-сигнала.

ЭХОЛОТ (от эхо и лот), навигационный прибор для автоматического измерения глубины водоёмов с помощью гидроаку­стических эхо-сигналов. Обычно в днище судна устанавливается вибратор, к ко­торому периодически подаются от гене­ратора электрические импульсы, преоб­разуемые им в акустические, распростра­няющиеся в ограниченом телесном угле вер­тикально вниз. Отражённый дном акустический импульс принимается тем же виб­ратором, который преобразует его в элек­трический. После усиления импульс по­ступает на индикатор глубины, отмечаю­щий отрезок времени (в сек) от момента посылки импульса до момента возвраще­ния эхо от дна и преобразующий его в визуальные показания или запись глу­бины h = ст/2 в м, где скорость звука с = 1500 м/сек. Длительность импуль­сов - от 0,05 до 20 мсек с частотой заполнения от 10 до 200 кгц. Малые дли­тельности и высокие частоты использу­ются при измерениях малых глубин, большие длительности и низкие частоты- при измерении больших глубин. Вибра­тором может служить магнитострикционный преобразователь или пьезокерамический. В качестве индикаторов глубин применяются проблесковые указатели с вращающейся неоновой лампочкой, вспыхивающей в момент приёма эхо-сиг­нала; стрелочные, электроннолучевые и цифровые указатели, а также самописцы, записывающие измеряемые глубины на движущейся бумажной ленте электротермическим или электрохимическим методом. Эхолот из­готовляются на разные интервалы глу­бин, в пределах от 0,1 до 12 000 м и работают при скоростях хода судна до 30 узлов (55 км/ч) и даже более. Погреш­ность Эхолота от 1% до сотых долей процента. Эхолот используются также для поиска косяков рыбы, подводных лодок, для ис­следования звукорассеивающих слоев, определения типа грунта, стратифика­ции донных осадков и других гидроакустических измерений. В 1958 г. на советском судне «Витязь» эхолотом обнаружена и точно измерена максимальная глубина (11 022 м) Мирового океана в Мариинской впадине в западной части Тихого океана. К идее эхолота независимо и практически одновременно пришли сразу несколько человек: немецкий инженер А.Бем из Данцига (Гданьска), американский инженер Р. А. Фессен-ден, французский физик П. Ланжевен и инженер Константин Васильевич Шиловский (1880-1952) из Рязани, работавший во Франции. Ланжевен и Шиловский создали ещё и первый гидролокатор

См. Гидроакустика.

Лит.: Федоров И. И., Навигацион­ные эхолоты, М.-Л., 1948; его же, Эхо­лоты и другие гидроакустические средства, Л., 1960; Толмачев Д., Федоров И., Навигационные эхолоты, «Техника и воо­ружение», 1977, № 1. И.И. Федоров.

ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ (от эхо и энцефалография), ультразвуко­вая энцефалография, метод исследования головного мозга с помощью ультразвука. Основан на свойстве ультра­звука отражаться от границ сред (струк­турных образований мозга) различной плотности. Основной диагностический критерий (предложен в 1955-56 швед, врачом Л. Лекселлем) - отклонение срединного эха, или М-эха (М - от позднелат. те-dialis - срединный), представляющего собой отражение ультразвука от средин­ных структур мозга (эпифиза, 3-го желу­дочка, прозрачной перегородки, межполу-шарной щели). В норме М-эхо, регистри­руемое в виде пика на ультразвуковой энцефалограмме, совпадает со средней линией головы. При наличии внутриче­репной опухоли, кровоизлияния, абсцес­са и др. патологических образований М-эхо смещено в сторону здорового полушария (см. рис.). Предложены и др. диагностические критерии: увеличение расстояния между эхо-сигналами от боковых стенок 3-го желудочка при гидроцефалии; относи­тельно быстрая нормализация возник­шего смещения М-эха при острой непро­ходимости сонной артерии и т. д. При ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ применяют специальные ультразвуковые энцефалографы, преобразующие отражённые ультразвуковые сигналы в электрические им­пульсы. Эти импульсы отображаются графически на экране аппарата и фотографируются.

Лит.: Клиническая эхоэнцефалография, М., 1973; L е ks е 1 1 L., Echo-encephalog» raphy. Detection of intracranial complications following head injury, «Acta chirurgica scan» dinavica», 1956, v. 110, S. 301 - 315.

В. Е. Гречко.

ЭХО , композиционный и исполнитель­ский приём, основанный на повторении муз. фразы с меньшей силой звучности теми же или другими голосами, инструментами.

Применяется главным образом в хоровой, опер­ной, оркестровой, камерной инструментальной му­зыке. На основе использования приёма эхо иногда создаются целые музыкальные пьесы, например «Эхо» О. Лассо для хора и пьеса того же назв. из «Французской увер­тюры» для клавесина И. С. Баха. Эхо название также один из регистров органа.

Лит.: Р э л е и Д ж., Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, М., 1955; Г р и ф ф и н Д., Эхо в жизни людей и животных, пер. с англ., М., 1961.

Открытие эхолокации связано с именем итальянского естествоиспытателя Ладзаро Спалланцани . Он обратил внимание на то, что летучие мыши свободно летают в абсолютно тёмной комнате (где оказываются беспомощными даже совы), не задевая предметов. В своём опыте он ослепил несколько животных, однако и после этого они летали наравне со зрячими . Коллега Спалланцани Ж. Жюрин провёл другой опыт, в котором залепил воском уши летучих мышей, - и зверьки натыкались на все предметы. Отсюда учёные сделали вывод, что летучие мыши ориентируются по слуху . Однако эта идея была высмеяна современниками, поскольку ничего большего сказать было нельзя - короткие ультразвуковые сигналы в то время ещё было невозможно зафиксировать .

Впервые идея об активной звуковой локации у летучих мышей была высказана в 1912 году Х. Максимом . Он предполагал, что летучие мыши создают низкочастотные эхолокационные сигналы взмахами крыльев с частотой 15 Гц .

Об ультразвуке догадался в 1920 году англичанин Х. Хартридж, воспроизводивший опыты Спалланцани. Подтверждение этому нашлось в 1938 году благодаря биоакустику Д. Гриффину и физику Г. Пирсу. Гриффин предложил название эхолокация (по аналогии с радиолокацией) для именования способа ориентации летучих мышей при помощи ультразвука .

Эхолокация у животных

Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов , также её используют землеройки , ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро , саланганы и др.).

Происхождение эхолокации у животных остаётся неясным; вероятно, она возникла как замена зрению у тех, кто обитает в темноте пещер или глубин океана. Вместо световой волны для локации стала использоваться звуковая .

Данный способ ориентации в пространстве позволяет животным обнаруживать объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах и на значительной глубине.

Среди членистоногих эхолокация обнаружена только у ночных бабочек совок .

Человек в некотором роде тоже использует эхолокацию: услышав звук в помещении, человек может определить приблизительный объём помещения, мягкость стен и т. п.

Техническое обеспечение эхолокациии

Эхолокация может быть основана на отражении сигналов различной частоты - радиоволн , ультразвука и звука . Первые эхолокационные системы направляли сигнал в определённую точку пространства и по задержке ответа определяли её удалённость при известной скорости перемещения данного сигнала в данной среде и способности препятствия, до которого измеряется расстояние, отражать данный вид сигнала. Обследование участка дна таким образом при помощи звука занимало значительное время.

Сейчас используются различные технические решения с одновременным использованием сигналов различной частоты, которые позволяют существенно ускорить процесс эхолокации.

См. также

• Сонар (гидролокатор)

Напишите отзыв о статье "Эхолокация"

Примечания

Библиография

• Сергеев Б.Ф. . - Л. : Гидрометеоиздат , 1980. - 150 с.
• Гриффин Д. Р. Эхо в жизни людей и животных. Пер. с англ. К. Э. Виллер. Под ред. М. А. Исаковича. - М.: Физматгиз, 1961. - 110 с.

Отрывок, характеризующий Эхолокация

На другой день после приема в ложу, Пьер сидел дома, читая книгу и стараясь вникнуть в значение квадрата, изображавшего одной своей стороною Бога, другою нравственное, третьею физическое и четвертою смешанное. Изредка он отрывался от книги и квадрата и в воображении своем составлял себе новый план жизни. Вчера в ложе ему сказали, что до сведения государя дошел слух о дуэли, и что Пьеру благоразумнее бы было удалиться из Петербурга. Пьер предполагал ехать в свои южные имения и заняться там своими крестьянами. Он радостно обдумывал эту новую жизнь, когда неожиданно в комнату вошел князь Василий.
– Мой друг, что ты наделал в Москве? За что ты поссорился с Лёлей, mon сher? [дорогой мoй?] Ты в заблуждении, – сказал князь Василий, входя в комнату. – Я всё узнал, я могу тебе сказать верно, что Элен невинна перед тобой, как Христос перед жидами. – Пьер хотел отвечать, но он перебил его. – И зачем ты не обратился прямо и просто ко мне, как к другу? Я всё знаю, я всё понимаю, – сказал он, – ты вел себя, как прилично человеку, дорожащему своей честью; может быть слишком поспешно, но об этом мы не будем судить. Одно ты помни, в какое положение ты ставишь ее и меня в глазах всего общества и даже двора, – прибавил он, понизив голос. – Она живет в Москве, ты здесь. Помни, мой милый, – он потянул его вниз за руку, – здесь одно недоразуменье; ты сам, я думаю, чувствуешь. Напиши сейчас со мною письмо, и она приедет сюда, всё объяснится, а то я тебе скажу, ты очень легко можешь пострадать, мой милый.
Князь Василий внушительно взглянул на Пьера. – Мне из хороших источников известно, что вдовствующая императрица принимает живой интерес во всем этом деле. Ты знаешь, она очень милостива к Элен.
Несколько раз Пьер собирался говорить, но с одной стороны князь Василий не допускал его до этого, с другой стороны сам Пьер боялся начать говорить в том тоне решительного отказа и несогласия, в котором он твердо решился отвечать своему тестю. Кроме того слова масонского устава: «буди ласков и приветлив» вспоминались ему. Он морщился, краснел, вставал и опускался, работая над собою в самом трудном для него в жизни деле – сказать неприятное в глаза человеку, сказать не то, чего ожидал этот человек, кто бы он ни был. Он так привык повиноваться этому тону небрежной самоуверенности князя Василия, что и теперь он чувствовал, что не в силах будет противостоять ей; но он чувствовал, что от того, что он скажет сейчас, будет зависеть вся дальнейшая судьба его: пойдет ли он по старой, прежней дороге, или по той новой, которая так привлекательно была указана ему масонами, и на которой он твердо верил, что найдет возрождение к новой жизни.
– Ну, мой милый, – шутливо сказал князь Василий, – скажи же мне: «да», и я от себя напишу ей, и мы убьем жирного тельца. – Но князь Василий не успел договорить своей шутки, как Пьер с бешенством в лице, которое напоминало его отца, не глядя в глаза собеседнику, проговорил шопотом:
– Князь, я вас не звал к себе, идите, пожалуйста, идите! – Он вскочил и отворил ему дверь.
– Идите же, – повторил он, сам себе не веря и радуясь выражению смущенности и страха, показавшемуся на лице князя Василия.
– Что с тобой? Ты болен?
– Идите! – еще раз проговорил дрожащий голос. И князь Василий должен был уехать, не получив никакого объяснения.
Через неделю Пьер, простившись с новыми друзьями масонами и оставив им большие суммы на милостыни, уехал в свои именья. Его новые братья дали ему письма в Киев и Одессу, к тамошним масонам, и обещали писать ему и руководить его в его новой деятельности.

Сообщение на тему:

«ЭХО, ЭХОЛОТ,

ЭХОЛОКАЦИЯ»

Работа учеников 9 В класса

Косогорова Андрея

СШ № 8 МО РФ

г. Севастополь

ЭХО (от имени нимфы Эхо в древне-греческой мифологии), волна (акустическая, элек­тромагнитная и др.), отражённая от препятствия и принятая наблюдателем. Акустическое эхо можно наблюдать, например., при отражении звукового импульса (сту­ка, короткого отрывистого крика и т. д.) от хорошо отражающих поверхностей. Эхо различимо на слух, если принятый и по­сланный импульсы разделены интерва­лом времени t 5= 50-60 мсек. Эхо ста­новится многократным, если имеется несколько отражающих поверхностей (вблизи группы зданий, в горах и т. д.), звук от которых приходит к наблюдателю в мо­менты времени, различающиеся на интер­валы t 50-60 мсек. Гармонич. эхо. возникает при рассеянии звука с широким спектром частот на препятствиях, разме­ры которых малы по сравнению с длинами волн, составляющих спектра. В помеще­нии отдельные многочисленные эхо сливаются в сплошной отзвук, называется реверберацией. Эхо может служить средством измерения расстояния от источника сигнала до отражающего объекта: г = ст/2, где т - промежуток времени между посылкой сигнала и возвращением Эхо., а с - ско­рость распространения волн в среде. На этом принципе основаны различные при­менения эхо-сигналов. Акустическое эхо при­меняется в гидролокации, а также в на­вигации, где для измерения глубины дна применяют эхолоты. Электромагнитным эхо пользуются в радиолокации; отражаясь от ионосферы, оно позволяет осущест­влять коротковолновую радиосвязь на большие расстояния и судить о свойствах ионосферы. Принцип эхо-волны начи­нает применяться и в оптическом диапазоне электромагнитных волн, генерируемых квантовым оптическим генератором. Упругие волны, распространяющиеся в земной коре, отражаясь от слоев различных гор­ных пород, образуют сейсмическое эхо., этим пользуются для поиска месторождений ископаемых. При помощи Эхо измеряется глубина буровых скважин («эхометриро-вание» скважин), высота уровня жидко­сти в баках (ультразвуковые уровнеме­ры). Эхо-методы широко применяются в ультразвуковой дефектоскопии. Аку­стическое эхо. для некоторых животных (летучих мышей, дельфинов, китов и др.)служит средством ориентировки и поиска добычи (см. Локация звуковая).

ЭХОЛОКАЦИЯ (от эхо и лат. locatio - размещение) у животных, излуче­ние и восприятие отражённых, как пра­вило, высокочастотных, звуковых сигна­лов с целью обнаружения объектов в про­странстве, а также получения информа­ции о свойствах и размерах лоцируемых целей (добычи или препятствия). Эхо- один из способов ориентации животных в пространстве. Эхо развито у летучих мышей и дельфинов, обнаружена у зем­лероек, ряда видов ластоногих (тюлени), птиц (саланганы и некоторые др.). У дельфинов и летучих мышей Эхо осно­вана на излучении ультразвуковых им­пульсов частотой до 130-200 кгц при длительности сигналов обычно от 0,2 до 4-5 мсек, иногда более. С помощью эха дельфины даже с закрытыми глазами могут находить пищу не только днем, но и ночью, определять глубину дна, близость берега, погруженые предметы. Их эхолокационные импульсы человек воспринимает как скрип двери, поворачивающейся на на ржавых петлях. Свойственна ли эхолокация усатым китам, издающим сигналы с частотой лишь до нескольких килогерц, пока не выяснено.

Звуковые волны дельфины посылают направленно. Жировая подушка, лежащая на челюстных и межчелюстных костях, и вогнутая передняя поверхность черепа действуют как звуковая линза и рефлектор: они концентрируют сигналы, излученные воздушными мешками, и в виде звукового пучка направляют их на лоцируемый объект.

У птиц, живу­щих в тёмных пещерах (гуахаро и салан­ганы), используется для ориентации в темноте; они излучают низкочастотные сигналы в 7-4 кгц. У дельфинов и лету­чих мышей, кроме общей ориентации, эхо служит для определения пространств, положения цели, размеров, а в ряде слу­чаев - и распознавания облика цели. У упомянутых млекопитающих часто слу­жит важным средством поиска и добычи объектов питания.

Лит.: Айрапетьянц Э. Ш., Кон­стантинов А. И., Эхолокация в при­роде, 2 изд., Л., 1974. Г. Н. Симкин. ЭХОЛОКАЦИЯ, один из способов зву­ковой локации, при котором расстояние до объекта определяется по времени возвра­щения эхо-сигнала.

ЭХОЛОТ (от эхо и лот), навигационный прибор для автоматического измерения глубины водоёмов с помощью гидроаку­стических эхо-сигналов. Обычно в днище судна устанавливается вибратор, к ко­торому периодически подаются от гене­ратора электрические импульсы, преоб­разуемые им в акустические, распростра­няющиеся в ограниченом телесном угле вер­тикально вниз. Отражённый дном акустический импульс принимается тем же виб­ратором, который преобразует его в элек­трический. После усиления импульс по­ступает на индикатор глубины, отмечаю­щий отрезок времени (в сек) от момента посылки импульса до момента возвраще­ния эхо от дна и преобразующий его в визуальные показания или запись глу­бины h = ст/2 в м, где скорость звука с = 1500 м/сек. Длительность импуль­сов - от 0,05 до 20 мсек с частотой заполнения от 10 до 200 кгц. Малые дли­тельности и высокие частоты использу­ются при измерениях малых глубин, большие длительности и низкие частоты- при измерении больших глубин. Вибра­тором может служить магнитострикционный преобразователь или пьезокерамический. В качестве индикаторов глубин применяются проблесковые указатели с вращающейся неоновой лампочкой, вспыхивающей в момент приёма эхо-сиг­нала; стрелочные, электроннолучевые и цифровые указатели, а также самописцы, записывающие измеряемые глубины на движущейся бумажной ленте электротермическим или электрохимическим методом. Эхолот из­готовляются на разные интервалы глу­бин, в пределах от 0,1 до 12 000 м и работают при скоростях хода судна до 30 узлов (55 км/ч) и даже более. Погреш­ность Эхолота от 1% до сотых долей процента. Эхолот используются также для поиска косяков рыбы, подводных лодок, для ис­следования звукорассеивающих слоев, определения типа грунта, стратифика­ции донных осадков и других гидроакустических измерений. В 1958 г. на советском судне «Витязь» эхолотом обнаружена и точно измерена максимальная глубина (11 022 м) Мирового океана в Мариинской впадине в западной части Тихого океана. К идее эхолота независимо и практически одновременно пришли сразу несколько человек: немецкий инженер А.Бем из Данцига (Гданьска), американский инженер Р. А. Фессен-ден, французский физик П. Ланжевен и инженер Константин Васильевич Шиловский (1880-1952) из Рязани, работавший во Франции. Ланжевен и Шиловский создали ещё и первый гидролокатор

См. Гидроакустика.

Лит.: Федоров И. И., Навигацион­ные эхолоты, М.-Л., 1948; его же, Эхо­лоты и другие гидроакустические средства, Л., 1960; Толмачев Д., Федоров И., Навигационные эхолоты, «Техника и воо­ружение», 1977, № 1. И.И. Федоров.

ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ (от эхо и энцефалография), ультразвуко­вая энцефалография, метод исследования головного мозга с помощью ультразвука. Основан на свойстве ультра­звука отражаться от границ сред (струк­турных образований мозга) различной плотности. Основной диагностический критерий (предложен в 1955-56 швед, врачом Л. Лекселлем) - отклонение срединного эха, или М-эха (М - от позднелат. те-dialis - срединный), представляющего собой отражение ультразвука от средин­ных структур мозга (эпифиза, 3-го желу­дочка, прозрачной перегородки, межполу-шарной щели). В норме М-эхо, регистри­руемое в виде пика на ультразвуковой энцефалограмме, совпадает со средней линией головы. При наличии внутриче­репной опухоли, кровоизлияния, абсцес­са и др. патологических образований М-эхо смещено в сторону здорового полушария (см. рис.). Предложены и др. диагностические критерии: увеличение расстояния между эхо-сигналами от боковых стенок 3-го желудочка при гидроцефалии; относи­тельно быстрая нормализация возник­шего смещения М-эха при острой непро­ходимости сонной артерии и т. д. При ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ применяют специальные ультразвуковые энцефалографы, преобразующие отражённые ультразвуковые сигналы в электрические им­пульсы. Эти импульсы отображаются графически на экране аппарата и фотографируются.

Лит.: Клиническая эхоэнцефалография, М., 1973; L е ks е 1 1 L., Echo-encephalog» raphy. Detection of intracranial complications following head injury, «Acta chirurgica scan» dinavica», 1956, v. 110, S. 301 - 315.

В. Е. Гречко.

ЭХО , композиционный и исполнитель­ский приём, основанный на повторении муз. фразы с меньшей силой звучности теми же или другими голосами, инструментами.

Применяется главным образом в хоровой, опер­ной, оркестровой, камерной инструментальной му­зыке. На основе использования приёма эхо иногда создаются целые музыкальные пьесы, например «Эхо» О. Лассо для хора и пьеса того же назв. из «Французской увер­тюры» для клавесина И. С. Баха. Эхо название также один из регистров органа.

Лит.: Р э л е и Д ж., Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, М., 1955; Г р и ф ф и н Д., Эхо в жизни людей и животных, пер. с англ., М., 1961.

А. М. Рейман ,
, ИПФ РАН, г. Нижний Новгород

Что умеет ультразвук?

Введение и предыстория

Начнём с определения: «Ультразвук (УЗ) – упругие колебания и волны, частота которых превышает 15–20 кГц. Верхняя граница УЗ-частот обусловлена физической природой упругих волн и достигает 1 ГГц» . За этим кратким определением скрывается огромный мир акустики, поражающей разнообразием физических явлений, оригинальностью технических решений, да и самой возможностью «услышать неслышимое».

Как и многие другие физические явления, УЗ-волны обязаны своим открытием случаю. В 1876 г. английский физик Фрэнк Гальтон, изучая генерацию звука свистками особой конструкции (резонаторов Гельмгольца), носящими теперь его имя, обнаружил, что при определённых размерах камеры звук перестаёт быть слышимым. Можно было предположить, что звук просто не излучается, однако Гальтон сделал вывод, что звук не слышен потому, что его частота становится слишком высокой. Кроме физических соображений, в пользу этого вывода свидетельствовала реакция животных (прежде всего собак) на применение такого свистка.

Свисток Гальтона (резонатор Гельмгольца)

Очевидно, что излучать ультразвук с помощью свистков можно, но не слишком удобно. Ситуация изменилась после открытия пьезоэффекта Пьером Кюри в 1880 г., когда появилась возможность излучать звук, не продувая резонатор потоком воздуха, а подавая на пьезокристалл переменное электрическое напряжение. Однако, несмотря на появление достаточно удобных источников и приёмников ультразвука (тот же пьезоэффект позволяет преобразовывать энергию акустических волн в электрические колебания) и на огромные успехи физической акустики как науки, связанной с такими именами, как Уильям Стрэтт (лорд Рэлей), ультразвук рассматривался в основном как объект для изучения, но не для применения.

УЗ-томограмма трещины в металле

УЗ-томограмма руки

Следующий шаг был сделан в 1912 г., когда всего через два месяца после гибели «Титаника» австрийский инженер Александр Бем создал первый в мире эхолот. Представьте себе, как могла измениться история! С этих пор и до настоящего времени УЗ-гидролокация остаётся незаменимым инструментом для надводных и подводных кораблей.

Ещё один принципиальный сдвиг в развитии УЗ-техники был сделан в 20-е гг. XX в.: в СССР были проведены первые эксперименты по прозвучиванию сплошного металла ультразвуком с приёмом на противоположном краю образца, причём регистрирующая техника была устроена так, что можно было получать двумерные теневые изображения трещин в металле, подобные рентгеновским (трубка С.А.Соколова). Так началась УЗ-дефектоскопия, позволяющая «увидеть невидимое».

Очевидно, что применение ультразвука не могло ограничиться лишь техническими приложениями. В 1925 г. выдающийся французский физик Поль Ланжевен, занимавшийся оснащением флота эхолотами, исследовал прохождение ультразвука через мягкие ткани человека и воздействие ультразвуковых волн на организм человека. Тот же С.А.Соколов в 1938 г. получил первые томограммы руки человека «на просвет». А в 1955 г. английские инженеры Ян Дональд и Том Браун построили первый в мире УЗ-томограф, в котором человек погружался в ванну с водой, а оператор с УЗ-излучателем и УЗ-приёмником должен был обходить объект исследований по кругу. Они же впервые применили к человеку принцип эхолокации и получили не просветную, а отражательную томограмму.

Следующие пятьдесят лет (практически до наших дней) можно охарактеризовать как эпоху проникновения ультразвука во всевозможные области технической и медицинской диагностики и применения ультразвука в технологических областях, где он позволяет сделать зачастую то, что невозможно в природе. Но об этом подробнее.

Эхолокация в технике

Простейший вид эхолокации – одномерный. Импульс напряжения подаётся на излучающий элемент (генератор), тот направляет в среду короткий акустический импульс. Если на пути звуковой волны встречается препятствие (граница раздела слоёв с разными акустическими свойствами, например, трещина в металле), то часть сигнала отражается и может быть принята датчиком, чаще всего размещаемым там же, где и излучатель. Сигнал преобразуется в электрический, усиливается и появляется на экране.

К принципу действия одномерного УЗ-локатора

Измеряя время запаздывания принятого импульса относительно излучённого τ и зная скорость звука в среде c , можно определить расстояние L до отражателя: L = c τ/2. Очевидно, что в реальных условиях приходится принимать меры к тому, чтобы эхолокатор не показывал слабые цели для исключения ложного срабатывания. Для этого существуют процедуры оценки минимального порогового уровня чувствительности обнаружения. Кроме того, разумно ограничиться некоторой зоной интереса по L , исключив из неё ближнюю зону, где всегда имеются мощные помехи, и дальнюю зону, где полезный сигнал становится сравним по амплитуде с шумами. Если к этому добавить управление усилением принятого сигнала (причём его можно сделать зависящим от дальности, чтобы скомпенсировать ослабление сигнала с расстоянием), мы получим универсальный эхолокатор, который с небольшими вариациями может быть использован для решения множества задач технической и медицинской диагностики.

Пионеры ультразвуковой локации: Ф.Гальтон, А.Бем, С.А.Соколов, Т.Браун и Я.Дональд

В эхолокационной технике можно выделить несколько больших классов – уровнемеры, толщиномеры, эхолоты, дефектоскопы. Различаются они в основном алгоритмами использования получаемой акустической информации, тогда как основой для каждого из них по-прежнему является описанный выше одномерный эхолокатор. Например, если поставить УЗ-зонд (в котором находятся излучающий и приёмный элементы) на днище закрытой ёмкости с жидкостью, удастся измерить её уровень, не заглядывая в ёмкость, где может находиться ядовитая или огнеопасная субстанция. Если же нам неизвестны акустические свойства этой жидкости, можно поставить второй, так называемый опорный, зонд на боковую стенку этой ёмкости и определять уровень жидкости по отношению времён запаздывания вертикального и горизонтального сигналов. Примером такого уровнемера является измеритель уровня одоранта природного газа (меркаптана) в ёмкости, которая всегда закрыта, да ещё и закопана в землю.

УЗ-приборы: слева – УЗ-уровнемер; справа вверху – УЗ-дефектоскоп для неразрушающего контроля маленьких деталей; внизу – УЗ-толщиномер

УЗ-толщиномеры применяются для непрерывных измерений толщины листа (стального, стеклянного) при производстве, а также толщины объекта, к которому имеется доступ лишь с одной стороны (например, толщины стенки ёмкости или трубы). Здесь зачастую приходится иметь дело с очень малыми задержками, поэтому для повышения точности измерений применяют зацикливание эхолокатора: первый принятый эхосигнал сразу же запускает передатчик для излучения следующего импульса и т.д., при этом измеряют не время задержки, а частоту запуска.

Эхолоты, развитие которых началось почти сто лет назад, используются сейчас на самых разнообразных объектах, от надводных и подводных военных кораблей до надувных лодок рыбаков-любителей. Применение компьютеров позволило не просто отображать на экран эхолота профиль дна, но и распознавать тип отражающего объекта (рыба, топляк, сгусток ила и т.п.). С помощью эхолотов составляются карты профиля шельфа, были обнаружены суточные колебания глубины расположения слоя планктона в океане.

Рельсовый УЗ-дефектоскоп АДС-02

Остродефектный рельс на изломе

Пожалуй, наиболее важным применением эхолокации в технике является неразрушающий контроль конструкций (металлических, бетонных, пластмассовых) для выявления в них дефектов, вызванных механическими нагрузками. В простейшем случае дефектоскоп – это эхолокатор, на экране которого отображается эхограмма. Перемещая УЗ-датчик по поверхности контролируемого изделия, можно обнаруживать трещины. Обычно дефектоскоп снабжается набором УЗ-преобразователей, позволяющих вводить ультразвук в материал под разными углами, и звуковой сигнализацией превышения порога отражённым эхосигналом.

Среди металлоконструкций наиболее важным объектом неразрушающего контроля являются железнодорожные рельсы. Несмотря на значительные успехи внедрения средств автоматики, на железных дорогах России наиболее распространён ручной контроль. Многоканальный эхолокатор устанавливается на съёмную тележку, которую толкает оператор. УЗ-датчики устанавливаются в лыжи, скользящие по поверхности катания рельсов. Для обеспечения акустического контакта на тележке устанавливаются баки с контактной жидкостью (летом – вода, зимой – спирт). И шагают тысячи операторов по всем железным дорогам, толкая тележки, в снег и дождь, в жару и мороз... Требования к конструкции аппаратуры высоки – приборы должны работать в диапазоне температур от –40 до +50 °С, быть пылевлагонепроницаемыми, работать от аккумулятора. Первые отечественные рельсовые дефектоскопы в СССР были созданы 50 лет назад проф. А.К.Гурвичем в Ленинграде. Развитие вычислительной техники дало возможность в последнее десятилетие создать автоматизированные дефектоскопы, позволяющие не только обнаружить дефект, но и записать всю эхограмму пройденного пути для просмотра информации, её хранения и дальнейшего анализа в специальных центрах. Один из таких приборов – АДС-02 – был создан сотрудниками нашего ИПФ РАН совместно с фирмой «Медуза» и выпускается серийно Нижегородским заводом им. М.Фрунзе. К настоящему времени более 300 приборов работают на российских железных дорогах, помогая обнаруживать в год по несколько тысяч так называемых острых дефектов, каждый из которых может стать причиной крушения. За применение современных компьютерных технологий дефектоскоп АДС-02 получил в 2005 г. 1-е место на международном конкурсе разработчиков встраиваемых систем в Сан-Франциско (США).

Статья подготовлена при поддержке компании «МегаЗабор». Если Вы решили приобрести качественный и надежный забор, который простоит многие годы, то оптимальным решением станет обратиться в компанию «МегаЗабор». Компания «МегаЗабор» занимается продажей и установкой заборов разной длинны высоты и сложности конструкции и уже успела зарекомендовать себя как качественный поставщик услуг. Более подробную информацию Вы сможете найти на сайте www.Megazabor.Ru.

И дельфины испускают ультразвук. Зачем это нужно и как оно работает? Давайте разберемся, что такое эхолокация и как она помогает животным и даже людям.

Что такое эхолокация

Эхолокация, также называемая биосонаром, представляет собой биологический гидролокатор, используемый несколькими видами животных. Эхолоцирующие животные излучают сигналы в окружающую среду и слушают отголоски тех вызовов, которые возвращаются из разных объектов рядом с ними. Они используют эти эхо-сигналы для поиска и идентификации объектов. Эхолокация применяется для навигации и для фуража (или охоты) в различных условиях.

Принцип работы

Эхолокация - это то же самое, что и активный сонар, который использует звуки, воспроизводимые самим животным. Ранжирование осуществляется путем измерения временной задержки между собственным звуковым излучением животного и любыми эхо-сигналами, возвращающимися из окружающей среды.

В отличие от некоторых гидролокаторов, созданных человеком, которые полагаются на чрезвычайно узкие лучи и множество приемников для локализации мишени, метод эхолокации животных основан на одном передатчике и двух приемниках (уши). Эхо-сигналы, возвращающиеся к двум ушам, поступают в разное время и на разных уровнях громкости, в зависимости от положения объекта, генерирующего их. Различия во времени и громкости используются животными для восприятия расстояния и направления. С эхолокацией летучая мышь или другое животное может видеть не только расстояние до предмета, но и его размер, то, какое это животное, и другие особенности.

Летучие мыши

Летучие мыши используют эхолокацию для навигации и фуража, часто в полной темноте. Они обычно выходят из своих ночлегов в пещерах, чердаках или деревьях в сумерках и охотятся за насекомыми. Благодаря эхолокации летучие мыши заняли очень выгодную позицию: они охотятся ночью, когда много насекомых, меньше конкуренции за еду и меньше видов, которые могут охотиться на самих летучих мышей.

Летучие мыши генерируют ультразвук через гортань и излучают звук через открытый рот или, что гораздо реже, нос. Они испускают звук в диапазоне от 14 000 до более 100 000 Гц, в основном за пределами человеческого уха (типичный диапазон слуха человека - от 20 Гц до 20 000 Гц). Летучие мыши могут оценить перемещение целей путем интерпретации картин, вызванных отражением эхо-сигналов от специального лоскута кожи во внешнем ухе.

Отдельные виды летучих мышей используют эхолокацию в определенных диапазонах частот, которые соответствуют их условиям жизни и типам добычи. Это иногда использовалось исследователями для определения вида летучих мышей, населяющих этот район. Они просто записывали их сигналы с помощью ультразвуковых регистраторов, известных как детекторы летучих мышей. В последние годы исследователи из нескольких стран разработали библиотеки сигналов летучих мышей, которые содержат записи местных видов.

Морские животные

Биосонар ценен для подотряда зубатых китов, который включает в себя дельфинов, касаток и кашалотов. Они живут в подводной среде обитания, которая обладает благоприятными акустическими характеристиками, и где видение чрезвычайно ограничено из-за мутности воды.

Наиболее значимых первых результатов в описании эхолокации дельфинов добились Уильям Шевилл и его жена Барбара Лоренс-Шевилл. Они занимались кормлением дельфинов и однажды заметили, что те безошибочно находят кусочки рыбы, которые бесшумно опускались в воду. За этим открытием последовал ряд других экспериментов. На данный момент установлено, что дельфины используют частоты в диапазоне от 150 до 150 000 Гц.

Эхолокация синих китов изучена намного меньше. Пока что только строятся предположения, что «песни» китов - это способ навигации и связи с сородичами. Эти знания используются для подсчета популяции и для слежения за миграциями этих морских животных.

Грызуны

Понятно, что такое эхолокация у морских животных и летучих мышей, и для чего она им нужна. Но зачем это грызунам? Единственными наземными млекопитающими, способными к эхолокации, являются два рода землероек, тейреки с Мадагаскара, крысы и щелезубы. Они испускают серию ультразвуковых скрипов. Они не содержат эхолокационных откликов с реверберациями и, по-видимому, используются для простой пространственной ориентации на близком расстоянии. В отличие от летучих мышей, землеройки используют эхолокацию только для изучения мест обитания добычи, а не для охоты. За исключением больших и, таким образом, сильно отражающих объектов (к примеру, большой камень или ствол дерева), они, вероятно, не способны распутывать эхо-сцены.

Самые талантливые эхолокаторы

Кроме перечисленных животных, есть и другие, способные заниматься эхолокацией. Это некоторые виды птиц и тюленей, но самые изощренные эхолокаторы - это рыбы и миноги. Раньше учёные считали летучих мышей самыми способными, но в последние десятилетия выяснилось, что это не так. Воздушная среда не располагает к эхолокации - в отличие от водной, в которой звук расходится в пять раз быстрее. Эхолокатором рыб является орган боковой линии, который воспринимает вибрации окружающей среды. Используется как для навигации, так и для охоты. У некоторых видов есть ещё и электрорецепторы, которые улавливают электрические колебания. Что такое эхолокация для рыб? Часто это синоним выживания. Она объясняет, как ослепшие рыбы могли доживать до почтенного возраста - им и не нужно было зрение.

Эхолокация у животных помогла объяснить схожие способности у слабовидящих и незрячих людей. Они ориентируются в пространстве с помощью издаваемых ними щелкающих звуков. Ученые говорят, что такие короткие звуки издают волны, которые можно сравнить со светом карманного фонарика. На данный момент слишком мало данных для разработки этого направления, поскольку способные эхолокаторы среди людей - большая редкость.